KR20150044522A - 유기전계발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화소 영역이 정의된 제 1 기판 상에 위치하는 산화물 박막 트랜지스터(Oxide Thin Film Transistor), 제 1 기판의 화소 영역에 대응되고, 상기 산화물 박막 트랜지스터 상에 형성된 유기발광다이오드, 상기 유기발광다이오드 상에 형성된 패시베이션층(passivation layer), 상기 패시베이션층 상에 형성된 접착층, 및 상기 접착층 상에 형성되는 제 2 기판을 포함하고, 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판 중 하나 이상은, 박형금속(metal foil) 또는 상기 박형금속을 기본으로 수소흡수금속(Hydrogen Capturing Metal)을 포함하는 박형금속 합금으로 이루어지거나, 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판 중 하나 이상의 내측면에 상기 박형금속 또는 상기 박형금속으로 기본으로 수소흡수금속(Hydrogen Capturing Metal)을 포함하는 박형금속 합금으로 이루어진 수소흡수층(Hydrogen Capturing Layer)을 포함하는 유기전계발광소자 및 제조방법을 제공한다.

Description

유기전계발광소자 및 그 제조방법{ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
본 발명은 유기전계발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
유기전계발광소자는 양 전극 사이로 전류가 흐를 때, 전극 사이에 위치한 유기화합물이 발광하는 전계발광 현상을 이용하여 빛을 발산하는 소자이다. 그리고, 이러한 유기화합물로 흐르는 전류의 양을 제어하여 발산되는 빛의 양을 조절함으로써 영상을 표시하는 장치가 유기전계발광 표시장치이다.
유기전계발광 표시장치는 전극 사이의 얇은 유기화합물로 발광하기 때문에 경량화 및 박막화가 가능하다는 장점이 있다.
유기전계발광소자가 산화물 박막 트랜지스터(Oxide Thin Film Transistor)에 의해 구동되는 경우에 있어, 여러가지 원인들에 의해 산화물의 특성이 변하면, 트랜지스터의 전기적 거동의 변화가 일어나 문턱전압 시프트(Threshold Voltage Shift)가 일어날 수 있다. 문턱전압 시프트의 정도가 유기전계발광 패널의 회로 보상 범위를 벗어나게 된다면, 화면에 영향을 주어 얼룩을 발생시키거나 휘도 편차가 발생된다.
따라서, 이러한 문턱전압 시프트의 문제는 유기전계발광 표시장치의 신뢰성을 떨어뜨리는 주요한 원인이 될 수 있고, 산화물 박막 트랜지스터를 활용하는데 큰 제약이 되고 있다.
본 발명의 목적은 문턱전압 시프트가 발생하지 않도록, 산화물 박막 트랜지스터의 전기적 거동의 변화를 방지함으로써, 신뢰성 있는 유기전계발광소자 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 본 발명은, 화소 영역이 정의된 제 1 기판 상에 위치하는 산화물 박막 트랜지스터(Oxide Thin Film Transistor); 상기 제 1 기판의 화소 영역에 대응되고, 상기 산화물 박막 트랜지스터 상에 형성된 유기발광다이오드; 상기 유기발광다이오드 상에 형성된 패시베이션층(passivation layer); 상기 패시베이션층 상에 형성된 접착층; 및 상기 접착층 상에 형성되는 제 2 기판을 포함하고, 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판 중 하나 이상은, 박형금속(metal foil) 또는 상기 박형금속을 기본으로 수소흡수금속(Hydrogen Capturing Metal)을 포함하는 박형금속 합금으로 이루어지거나, 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판 중 하나 이상의 내측면에 상기 박형금속 또는 상기 박형금속으로 기본으로 수소흡수금속(Hydrogen Capturing Metal)을 포함하는 박형금속 합금으로 이루어진 수소흡수층(Hydrogen Capturing Layer)을 포함하는 유기전계발광소자를 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명은, 화소 영역이 정의된 제 1 기판 상에 산화물 박막 트랜지스터(Oxide Thin Film Transistor)를 형성하는 단계; 상기 제 1 기판의 화소 영역에 대응되도록 상기 산화물 박막 트랜지스터 상에 유기발광다이오드를 형성하는 단계; 상기 유기발광다이오드 상에 패시베이션층(Passivation Layer)을 형성하는 단계; 상기 패시베이션층 상에 접착층을 형성하는 단계; 및 상기 접착층 상에, 박형금속(metal foil) 또는 상기 박형금속을 기본으로 수소흡수금속(Hydrogen Capturing Metal)을 포함하는 박형금속 합금으로 이루어지거나, 내측면에 박형금속(metal foil) 또는 상기 박형금속으로 기본으로 수소흡수금속(Hydrogen Capturing Metal)을 포함하는 박형금속 합금으로 이루어진 수소흡수층(Hydrogen Capturing Layer)을 포함하는 제 2 기판을 형성하는 단계를 포함하는 유기전계발광소자의 제조방법을 제공한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은, 박형금속(metal foil) 또는 상기 박형금속을 기본으로 수소흡수금속(Hydrogen Capturing Metal)을 포함하는 박형금속 합금으로 이루어지거나 내측면에 박형금속(metal foil) 또는 상기 박형금속으로 기본으로 수소흡수금속(Hydrogen Capturing Metal)을 포함하는 박형금속 합금으로 이루어진 수소흡수층(Hydrogen Capturing Layer)을 포함하는, 화소 영역이 정의된 제 1 기판을 준비하는 단계; 상기 제 1 기판 상에 산화물 박막 트랜지스터(Oxide Thin Film Transistor)를 형성하는 단계; 상기 제 1 기판의 화소 영역에 대응되도록 상기 산화물 박막 트랜지스터 상에 유기발광다이오드를 형성하는 단계; 상기 유기발광다이오드 상에 패시베이션층(Passivation Layer)을 형성하는 단계; 상기 패시베이션층 상에 접착층을 형성하는 단계; 및 상기 접착층 상에, 제 2 기판을 형성하는 단계를 포함하는 유기전계발광소자의 제조방법을 제공한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은, 화소 영역이 정의된 제 1 기판 상에 산화물 박막 트랜지스터(Oxide Thin Film Transistor)를 형성하는 단계; 상기 제 1 기판의 화소 영역에 대응되도록 상기 산화물 박막 트랜지스터 상에 유기발광다이오드를 형성하는 단계; 상기 유기발광다이오드 상에 패시베이션층(Passivation Layer)을 형성하는 단계; 상기 패시베이션층 상에 접착층을 형성하는 단계; 및 제 2 기판의 일면에, 수소흡수금속을 포함하는 박형금속 또는 박형금속 합금으로 이루어진 수소흡수층을 형성하는 단계; 상기 수소흡수층 상에 접착층을 형성하는 단계; 및 상기 패시베이션층 상에 상기 접착층을 합착시키는 단계를 포함하는 유기전계발광소자의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 기판을 수소흡수금속을 포함하는 박형금속 또는 박형금속 합금으로 형성함으로써, 산화물 박막 트랜지스터의 전기적 거동의 변화가 방지되고, 문턱전압 시프트가 발생하지 않아, 유기전계발광소자의 신뢰성이 증대되는 효과가 있다.
도 1은 실시예들이 적용되는 유기전계발광 표시장치의 시스템 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 유기전계발광소자의 개략적인 단면도이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 유기전계발광소자의 단면도이다.
도 4a는 제 2 기판을 구성하는 단일의 박형금속의 체심입방 격자구조를 나타내는 사시도이다.
도 4b는 제 2 기판을 구성하는 단일의 박형금속의 면심입방 격자구조를 나타내는 사시도이다.
도 5a는 제 2 기판을 구성하는 박형금속 합금의 체심입방 격자구조를 나타내는 사시도이다.
도 5b는 제 2 기판을 구성하는 박형금속 합금의 면심입방 격자구조를 나타내는 사시도이다.
도 6은 소자 공정 중 발생한 잔류 수소가 격자구조를 형성하는 박형금속 또는 박형금속 합금 내부로 흡수되는 메커니즘을 나타내는 도면이다.
도 7a는 일반적인 유기전계발광소자 내부의 잔류 수소가 산화물 박막 트랜지스터로 확산되어 산화물 박막 트랜지스터의 문턱 전압을 시프트시키는 단면도이다.
도 7b는 도 3의 다른 실시예에 따른 유기전계발광소자 내부의 잔류 수소가 제 2 기판으로 확산되는 것을 나타내는 단면도이다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 유기전계발광소자의 제조방법의 흐름도이다.
도 9a 내지 도 9d는 또다른 실시예에 따른 유기전계발광소자의 일 제조공정 단면도들이다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 유기전계발광소자의 단면도이다.
도 11a 내지 도 11d는 또 다른 실시예에 따른 유기전계발광소자의 일 제조공정 단면도이다.
도 12는 또 다른 실시예에 따른 유기전계발광소자의 개략적인 단면도이다.
도 13은 박형금속(예를 들어 Fe)를 기본으로 수소흡수금속이며 수소분해금속(예 Ni)를 포함하는 박형금속 합금으로 이루어진 제 2 기판을 포함하는 도 3에 도시한 유기전계발광소자를 제작한 경우 제 2 기판 내부의 수소함량 변화를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 같은 맥락에서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "상"에 또는 "아래"에 형성된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접 또는 또 다른 구성 요소를 개재하여 간접적으로 형성되는 것을 모두 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 실시예들이 적용되는 유기전계발광 표시장치의 시스템 구성도이다.
도 1을 참조하면, 유기전계발광 표시장치(100)는 타이밍 제어부(110), 데이터 구동부(120), 게이트 구동부(130) 및 표시패널(140)을 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 제 1 기판(110)에는 일방향으로 형성되는 다수의 데이터 라인(DL: Data Line, DL1~DLn)과 다수의 데이터 라인과 교차하는 타방향으로 형성되는 다수의 게이트 라인(GL: Gate Line, GL1~GLm)의 교차 영역마다 화소(P: Pixel)가 정의된다.
표시패널(140) 상의 각 화소는 제 1 전극인 양극(anode), 제 2 전극인 음극(cathode) 및 유기발광층을 포함하는 적어도 하나의 유기전계발광소자일 수 있다. 각 유기전계발광소자에 포함된 유기발광층은 적색, 녹색, 청색 및 백색용 유기발광층 중 적어도 하나 이상의 유기발광층 또는 백색 유기발광층을 포함할 수 있다.
각 화소에는 게이트 라인(GLy), 데이터 라인(DLx 내지 DLx+2) 및 고전위전압을 공급하기 위한 고전위전압라인(VDDx 내지 VDDx+2)이 형성되어 있다. 또한, 각 화소에는 게이트 라인(GLy) 및 데이터 라인(DLx) 사이에서 스위칭 트랜지스터가 형성되어 있고, 양극, 음극 및 유기발광층으로 구성된 유기전계 발광다이오드와 스위칭 트랜지스터의 소스 전극(혹은 드레인 전극) 및 고전위전압라인(VDD) 사이에서 구동 트랜지스터가 형성되어 있다.
구동 트랜지스터는 산화물 박막 트랜지스터(Oxide Thin Film Transistor)로서, IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), ZTO(Zinc Tin Oxide), ZIO(Zinc Indium Oxide) 등으로 이루어진 산화물층과 게이트 전극, 소스/드레인 전극 등을 포함할 수 있다.
유기발광다이오드 상에는 유기발광다이오드를 1차적으로 수분과 산소로부터 보호하는 패시베이션층이 형성될 수 있다. 한편, 패시베이션층 상에는 접착층이 형성될 수 있다. 접착층 상에 형성되는 제 2 기판이 형성될 수 있다.
제 2 기판은, 박형금속(metal foil) 또는 박형금속을 기본으로 수소흡수금속(Hydrogen Capturing Metal)을 포함하는 박형금속 합금으로 이루어질 수 있다. 또한, 유기전계발광소자의 발광방향에 따라 제 1 기판이 박형금속(metal foil) 또는 박형금속을 기본으로 수소흡수금속(Hydrogen Capturing Metal)을 포함하는 박형금속 합금으로 형성될 수 있다.
또한 박형금속(metal foil) 또는 박형금속을 기본으로 수소흡수금속(Hydrogen Capturing Metal)을 포함하는 박형금속 합금으로 이루어진 수소흡수층이 제 1 기판 또는 제 2 기판 중 중 하나 이상의 내측면에 형성될 수도 있다.
이하에서는, 전술한 유기전계발광 표시장치에 화소를 구성하는 유기전계발광소자에 대하여 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 2는 일 실시예에 따른 유기전계발광소자의 개략적인 단면도이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 유기전계발광소자(200)는 화소 영역이 정의된 제 1 기판(210) 상에 위치하는 산화물 박막 트랜지스터(Oxide Thin Film Transistor, 220), 산화물 박막 트랜지스터(220) 상에 형성된 유기발광다이오드(230), 유기발광다이오드(230) 상에 형성된 패시베이션층(passivation layer, 240), 패시베이션층(240) 상에 형성된 접착층(250) 및 접착층(250) 상에 형성된 제 2 기판(260)을 포함한다.
유기전계발광소자(200)의 발광 방식은 산화물 박막 트랜지스터(210)을 기준으로 발광방향이 제 2 기판(260)인 경우 상부발광(top emission), 제 1 기판(210)인 경우 하부발광(bottom emission)으로 나눠진다.
일 실시예에 따른 유기전계발광소자(200)에서, 하부발광 방식의 경우에는 제 1 기판(210)과 화소 전극인 제 1 전극이 투명한 재료(반투명한 재료 포함)로 형성되어야 하고, 상부발광 방식의 경우에는 패시베이션층(240), 접착층(250) 및 제 2 기판(260)이 투명한 재료(반투명한 재료 포함)로 형성되어야 한다.
이하 실시예들에 따른 유기전계발광소자(200)는 하부발광 방식을 일예로서 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상부발광 방식일 수도 있다.
산화물 박막 트랜지스터(220)는 폴리실리콘 트랜지스터에 비해 높은 구동 전압이 요구되지만, 공정의 수가 작아서 생산 단가가 낮은 장점을 갖는다. 또한 오프 커런트(off current) 특성이 우수하여 60Hz 이하의 저 주파수로도 구동이 가능하다.
이하 실시예들의 산화물 박막 트랜지스터(220)는 게이트전극이 소스/드레인 전극의 하부에 형성되는 바텀게이트(bottom gate) 방식을 예로써 도시하였다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 게이트전극이 상부에 형성되는 탑게이트(top gate) 방식일 수 있다.
이러한 산화물 박막 트랜지스터(220) 상에는 유기발광다이오드(230)가 형성된다. 유기발광다이오드(230)는 두 개의 전극과 유기층을 포함한다. 이때 유기층은 유기발광층을 포함하고, 원활한 엑시톤(exciton) 형성을 위해, 정공주입층, 정공수송층, 전자수송층, 전자주입층 등을 더 포함할 수 있다.
다음으로, 유기발광다이오드(230) 상에는 패시베이션층(240)이 형성되는데, 필름 타입인 패시베이션층(240)은, 형성 과정에서 발생한 수소를 함유하는 수소함유 무기막으로 이루어질 수 있다.
패시베이션층(240) 상에는 접착층(250)이 형성되고, 접착층(250) 상에는 제 2 기판(260)이 형성된 하이브리드 봉지구조일 수 있다.
전술한 산화물 박막 트랜지스터(220)는 산화물을 포함하므로, 산화물의 변화에 따른 문턱전압 시프트가 발생할 수 있다. 따라서 유기전계발광소자(200) 내부의 잔류 수소에 의한, 문턱전압 시프트를 방지하기 위해, 제 1 기판(210) 및 제 2 기판(260) 중 하나 이상은, 박형금속(metal foil) 또는 박형금속을 기본으로 수소흡수금속(Hydrogen Capturing Metal)을 포함하는 박형금속 합금으로 이루어질 수 있다. 다른 예로, 제 1 기판(210) 및 제 2 기판(260) 중 하나 이상의 내측면에 박형금속 또는 박형금속으로 기본으로 수소흡수금속(Hydrogen Capturing Metal)을 포함하는 박형금속 합금으로 이루어진 수소흡수층(Hydrogen Capturing Layer)을 포함할 수 있다. 후술할 도 10 내지 도 12의 경우, 별도로 수소흡수층이 코팅된 구조를 도시하였고, 해당 도면과 관련된 부분에서 상세하게 설명한다.
박형금속은 얇은 박형 형성을 위해 전성 및 연성을 갖는 금속을 의미한다. 박형금속은 상대적으로 지구 지각에 흔한 금속일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 일실시예에 따른 유기전계발광소자(200)는 상대적으로 흔한 박형금속을 사용하므로, 유기전계발광 표시장치의 생산 단가를 낮출 수 있는 장점이 있다.
박형금속 합금은 전술한 박형금속을 기본으로, 박형금속과 합금을 형성하여, 면심입방 격자구조 또는 체심입방 격자구조의 격자 틈새로 잔류 수소를 흡수하는 수소흡수금속을 포함할 수 있다.
또한 수소흡수금속은 잔류 수소를 분자상태에서 원자상태로 해리하는 능력을 갖춘 수소분해금속일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 다시 말해 수소흡수금속들은 수소 분자를 수소 원자로 해리시켜서 침입형 고용체나 수소화물을 형성시키는 능력이 높은 금속들이다.
박형금속 또는 박형금속 합금은 유기전계발광소자(200)의 형성 과정에서 발생된 잔류 수소를 흡수하는 격자 틈새를 가진 면심입방 격자구조 또는 체심입방 격자구조일 수 있다. 면심입방 격자구조 또는 체심입방 격자구조의 박형금속 또는 박형금속 합금은 유기전계발광소자(200)의 형성 과정에서 발생된 잔류 수소와 침입형 고용체를 형성하거나 수소화물을 형성할 수 있다.
제 2 기판(260)은 온도가 높은 상태에서 공정을 수행하는 경우에 소자가 휘지 않도록 1 기판(210)과 동일한 열팽창 계수를 가질 수 있다.
이하에서 제 2 기판(260)이 박형금속 또는 박형금속 합금으로 이루어진 유기전계발광소자 및 그 제조방법의 실시예들을 도 3 내지 도 9d를 참조하여 설명한다.
도 3은 다른 실시예에 따른 유기전계발광소자의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 다른 실시예에 따른 유기전계발광소자(300)는 화소 영역이 정의된 제 1 기판(310) 상에 위치하는 산화물 박막 트랜지스터(Oxide Thin Film Transistor, 320), 산화물 박막 트랜지스터(320) 상에 형성된 유기발광다이오드(330), 유기발광다이오드(330) 상에 형성된 패시베이션층(passivation layer, 340), 패시베이션층(340) 상에 형성된 접착층(350) 및 접착층(350) 상에 형성된 제 2 기판(360)을 포함한다.
제 1 기판(310) 상에 산화물 박막 트랜지스터(320)가 형성된다. 산화물 박막 트랜지스터(320)는 게이트 전극(321), 게이트 전극(321) 상에 위치하고 제 1 기판(310)을 덮도록 형성되는 게이트 절연막(323), 게이트 절연막(323) 상에 위치하고 산화물로 형성된 액티브층(active layer, 325), 액티브층(325) 상에 형성되고, 제 1 전극(331)에 연결되는 소스/드레인 전극(327), 액티브층(325) 상에 위치하고 소스 전극과 드레인 전극(327) 사이에 형성되는 에치 스토퍼(etch stopper, 326)를 포함한다.
제 1 기판(310)은 글래스(Glass) 기판뿐만 아니라, PET(Polyethylen terephthalate), PEN(Polyethylen naphthalate), 폴리이미드(Polyimide) 등을 포함하는 플라스틱 기판 등일 수 있다. 또한, 제 1 기판(310) 상에는 불순원소의 침투를 차단하기 위한 버퍼층(buffering layer)이 더 구비될 수 있다. 버퍼층은 예를 들어 질화실리콘 또는 산화실리콘의 단일층 또는 다수층으로 형성될 수 있다.
제 1 기판(310) 상에 형성되는 게이트전극(321)은 Al, Pt, Pd, Ag, Mg, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, Mo, Ti, W, Cu 중 적어도 하나 이상의 금속 또는 합금으로, 단일층 또는 다수층으로 형성될 수 있다.
한편, 게이트 전극(321)이 형성된 제 1 기판(310) 상에 게이트 절연막(323)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(323)은 SiOx, SiNx, SiON, Al2O3, TiO2, Ta2O5, HfO2, ZrO2, BST, PZT와 같은 무기절연물질 또는 예를 들어 벤조사이클로부텐(BCB)과 아크릴(acryl)계 수지(resin)를 포함하는 유기절연물질, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
게이트 절연막(323) 상에는, 산화물로 이루어진 액티브층(active layer, 325)이 형성된다. 액티브층(325)은 산화물, 예를 들어 IGZO(Indium Galium Zinc Oxide), ZTO(Zinc Tin Oxide), ZIO(Zinc Indium Oxide) 중 어느 하나의 징크옥사이드계 산화물일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
액티브층(325) 상에 위치하고, 제 1 전극(331)에 전기적으로 연결되는 소스/드레인 전극(327)은 예를 들어 Al, Pt, Pd, Ag, Mg, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, Mo, Ti, W, Cu 중 어느 하나의 금속 또는 이들의 합금으로, 단일층 또는 다수층으로 형성될 수 있다. 특히 소스/드레인전극(327)은 크롬(Cr) 또는 탄탈륨(Ta) 등과 같은 고융점 금속으로 형성될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
액티브층(325) 상에는, 소스/드레인 전극(327) 사이에 위치하는 에치 스토퍼(326)이 형성되는데, 이는 산화물 박막 트랜지스터(320)의 포토리쏘그래피에 의한 패터닝 공정을 수행할 때, 액티브층(325)이 에칭 용액에 의해 식각되는 것을 방지한다. 다만 에치 스토퍼(326)은 에칭 용액에 따라 생략될 수 있다.
한편, 소스/드레인 전극(327) 상에는 소스/드레인 전극(327)과 게이트 절연막(323)을 덮도록 평탄화층(329)이 형성된다. 평탄화층(329)은 기계적 강도, 내투습성, 성막 용이성, 생산성 등을 고려하여, 소수성의 성질을 갖고, 수소함유 무기막으로서, 예를 들어 SiON, 질화실리콘(SiNx), 산화실리콘(SiOx), 산화알루미늄(AlOx) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
이러한 평탄화층(329) 상에는 유기발광다이오드(330)가 형성되는데, 유기발광다이오드(330)는 제 1 전극(331), 뱅크(333), 유기층(335), 제 2 전극(337)을 포함할 수 있다.
제 1 전극(331)은, 평탄화층(329)에 형성된 비아 홀(328)을 통해 소스/드레인 전극(327)과 전기적으로 접촉된다.
제 1 전극(331)은, 애노드 전극(양극)의 역할을 하도록 일함수 값이 비교적 크고, 투명한 도전성 물질, 예를 들면 ITO 또는 IZO와 같은 금속 산화물, ZnO:Al 또는 SnO2:Sb와 같은 금속과 산화물의 혼합물, 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등으로 이루어질 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 또한, 제 1 전극(331)은 탄소나노튜브, 그래핀, 은나노와이어 등일 수도 있다.
또한 상부발광 방식일 경우, 반사효율 향상을 위해 제 1 전극(331)의 상/하부에 반사효율이 우수한 금속물질, 예를 들면 알루미늄(Al) 또는 은(Ag)으로써 반사판이 보조전극으로 더 형성될 수도 있다.
한편, 제 1 전극(331)의 엣지부 상에는 뱅크(333)가 형성되고, 뱅크(333)에는 제 1 전극(331)이 노출되도록 개구부가 구비된다. 이러한 뱅크(333)는 질화실리콘(SiNx), 산화실리콘(SiOx)과 같은 무기절연물질 또는 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene)이나 아크릴 수지(acrylic resin)와 같은 유기절연물질, 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
노출된 제 1 전극(331) 상에는 유기층(335)이 형성되는데, 이러한 유기층(335)에는, 정공과 전자가 원활히 수송되어 엑시톤(exciton)을 형성할 수 있도록, 정공주입층(Hole Injection Layer, HIL), 정공수송층(Hole Transfer Layer, HTL), 유기발광층(Emitting Layer, EL), 전자수송층(Electron Transfer Layer, ETL), 전자주입층(Electron Injection Layer, EIL) 등이 차례로 적층되어 포함될 수 있다.
유기층(335) 상에는 캐소드 전극(음극)인 제 2 전극(337)이 형성된다. 예를 들어 하부발광 방식인 경우, 제 2 전극(337)은 금속일 수 있고 제 1 금속, 예를 들어 Ag 등과 제 2 금속, 예를 들어 Mg 등이 일정 비율로 구성된 합금의 단일층 또는 이들의 다수층일 수도 있다.
유기발광다이오드(330) 상에는 제 2 전극(337)의 상면 전체를 덮도록 패시베이션층(passivation layer, 340)이 형성된다.
패시베이션층(340)은 기계적 강도, 내투습성, 성막 용이성, 생산성 등을 고려하여, 소수성의 성질을 갖고, 수소함유 무기막으로서, SiON, 질화실리콘(SiNx), 산화실리콘(SiOx), 산화알루미늄(AlOx) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
필름 타입의 패시베이션층(340)은 수분이나 산소의 침투를 더디게 함으로써, 수분과 산소에 민감한 유기층(335)이 수분과 접촉되는 것이 방지될 수 있다.
이러한 패시베이션층(340)은 보호층으로서 기능하는 것 이외에도, Ba, Ca, Cu, Fe, Hf, La, Mg, Nb, Ni, Pd, Pt, Se, Sr, Ta, Ti, V, Zr 중 적어도 하나의 금속을 포함하는 비드(bid)를 더 포함함으로써, 후술할 소자 내부의 잔류 수소가 산화물 박막 트랜지스터(320)로 확산되는 것을 막는 역할을 할 수도 있다.
패시베이션층(240)은 0.5μm 에서 1.0μm 의 상대적으로 두꺼운 두께를 갖도록 단일층으로 형성되나, 이에 한정되지 않고 다수층으로 형성될 수 있다.
평탄화층(329) 또는 패시베이션층(340)은 화학기상증착, 물리기상증착, 플라즈마 화학기상증착 등의 공정으로 형성될 수 있다. 특히 플라즈마 화학기상증착으로 평탄화층(329) 또는 패시베이션층(340)을 형성할 경우 유기전계발광소자(300) 내부를 빠져나가지 못하는 잔류 수소가 발생된다. 패널 내부의 잔류 수소가 발생시키는 문제점에 대한 상세한 설명은 후술한다.
한편, 패시베이션층(340) 상에는 접착층(350)이 형성되는데, 접착층(350)은 광 투과율이 우수한 투명성 접착 재료, 예를 들어 접착 필름(adhesive film) 또는 OCA(Optical Cleared Adhesive)로 형성될 수 있다. 접착층의 형성 방식은 금속리드(metal lid), 프릿실링(frit sealing), 박막(thin film) 증착 방식에 의할 수 있다.
접착층(350)은 제 2 기판(360)의 전면에 접착되는 전면봉지(face sealing)구조로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이러한 접착층(350)은 습기와 같은 외부 요인으로부터 유기발광다이오드(330)를 보호함과 아울러, 유기발광다이오드(330)를 봉지하는 제 2 기판(360)을 평탄화시킨다.
또한, 접착층(350)은, 수소흡수금속, 예를 들어 Ba, Ca, Cu, Fe, Hf, La, Mg, Nb, Ni, Pd, Pt, Se, Sr, Ta, Ti, V, Zr 중 적어도 하나를 비드(bid)로 포함함으로써, 소자 내부의 잔류 수소가 산화물 박막 트랜지스터(320)로 확산되는 것을 막는 역할을 할 수도 있다.
한편, 접착층(350) 상에는 제 2 기판(360)이 형성된다. 제 2 기판(360)은 얇은 박형으로 만들기 위해 전성과 연성을 갖는 박형금속으로 형성될 수 있다. 특히 박형금속은 가격경쟁력과 생산단가에서 유리한, 전술한 바와 같이 상대적으로 지구 지각에 흔한 금속, 예를 들어 Fe, Cu, Al 등일 수 있다.
또한 제 2 기판(360)은 전술한 박형금속을 기본으로, 박형금속과 합금을 형성하여, 면심입방 격자구조 또는 체심입방 격자구조의 격자 틈새로 잔류 수소를 흡수하는 수소흡수금속을 포함할 수 있다. 수소흡수금속은 Ba, Ca, Cu, Fe, Hf, La, Mg, Nb, Ni, Pd, Pt, Se, Sr, Ta, Ti, V, Zr 중 하나 이상일 수 있다. 구체적으로 제 2 기판(260)은 전술한 박형금속을 기본으로 수소흡수금속을 하나 또는 하나 이상 포함하는 박형금속 합금일 수 있다.
한편, 수소흡수금속은, 잔류 수소 분자를 물리적, 화학적 흡착을 통해 해리, 흡수할 수 있는 능력이 높은 수소분해금속일 수 있다. 수소분해금속은 수소분해 반응에서 촉매로 사용되는 금속촉매로, 예를 들어 Ni, Ti, Mg일 수 있다.
박형금속 또는 박형금속을 기본으로 수소흡수금속을 포함하는 박형금속 합금으로 이루어진 제 2 기판(360)은 제 1 기판(310)과 동일한 열팽창 계수를 가질 수 있다. 양 기판의 열팽창 계수가 다를 경우, 온도가 높은 상태에서 공정을 수행하는 경우에, 소자가 휘어질 수 있고, 유기전계발광소자(300)에 이러한 휨이 발생되면 모듈화 작업이 불가능하게 되고, 화상의 왜곡을 일으킬 수 있어 치명적인 불량이 발생할 수 있다.
이에 따라 제 2 기판(360)을 박형금속 합금으로 형성하는 경우에는, 제 1 기판(310)과 열팽창계수가 일치하도록, 박형금속 합금의 조성비가 설계되어야 한다. 예를 들면, 제 1 기판(310)이 글래스 기판이고, 이 제 1 기판(310)의 열팽창계수가 2.5(ppm/℃)~5.5(ppm/℃) 정도일 경우 제 2 기판(360)은 철에 첨가되는 니켈의 조성비가 33% ~ 42%인 철(Fe)과 니켈(Ni)의 박형금속 합금일 수 있다.
박형금속 또는 박형금속 합금은, 체심입방 격자구조(body-centered cubic lattice) 또는 면심입방 격자구조(face-centered cubic lattice)를 갖고, 금속들의 격자 사이로 잔류 수소가 확산하거나 흡수되기 때문에, 잔류 수소가 산화물 박막 트랜지스터(320) 방향으로 확산되는 것을 방지할 수 있다.
도 4a는 제 2 기판을 구성하는 단일의 박형금속의 체심입방 격자구조를 나타내는 사시도이고, 도 4b는 제 2 기판을 구성하는 단일의 박형금속의 면심입방 격자구조를 나타내는 사시도이다. 또한 도 5a는 제 2 기판을 구성하는 박형금속 합금의 체심입방 격자구조를 나타내는 사시도이고, 도 5b는 제 2 기판을 구성하는 박형금속 합금의 면심입방 격자구조를 나타내는 사시도이다.
도 4a를 참조하면, 제 2 기판(360)을 구성하는 박형금속의 체심입방 격자구조는 입방체(410a)의 8개의 구석에 각 1개씩의 원자(420a)와 격자(410a)의 중심에 1개의 원자(420a)가 있는 것을 단위로 하는 결정격자이며, 단위 격자 내의 원자수는 2개이다. 체심입방 격자구조의 박형금속은 Li, Na, Cr, α-Fe, Mo, W, K 등일 수 있다.
도 5a를 참조하면, 제 2 기판(360)을 구성하는 박형금속 합금의 체심입방 격자구조의 경우, 제 1 금속(520a)은 격자(510a)의 4개의 구석과 격자(510a)의 중앙에 위치하고, 제 2 금속(521a)은 격자의 나머지 4개의 구석에 위치한다. 이때 제 1 금속은 전술한 체심입방 격자구조(body-centered cubic lattice)의 박형금속이고 제 2 금속은 전술한 수소흡수금속일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 이때 제 1 금속(520a)과 제 2 금속(521a)의 상대적인 위치는 이들의 조성비나 형성조건에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
또한 체심입방 격자구조의 제 2 기판(360)을 구성하는 박형금속 또는 박형금속 합금의 충진율은 예를 들어 68%일 수 있다.
도 4b를 참조하면, 제 2 기판(360)을 구성하는 박형금속의 면심입방 격자구조는 격자(410b)의 각 구석과 각 면의 중심에 원자(420b)가 배열된 구조로서, 단위 격자 내의 원자수는 4개이다. 면심입방 격자구조의 박형금속은 Pt, Pb, Ni, γ-Fe, Cu, Al, Au, Ag일 수 있다.
도 5b를 참조하면, 제 2 기판(360)을 구성하는 박형금속 합금의 면심입방 격자구조의 경우, 제 1 금속(520a)이 격자(510b)의 중앙과 4개의 구석, 그리고 4개의 면의 중앙에 위치하고, 제 2 금속(521b)은 4개의 구석과 2개의 면에 위치한다. 이때 제 1 금속은 전술한 면심입방 격자구조의 박형금속이고 제 2 금속은 전술한 수소흡수금속일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 이때 제 1 금속(520a)과 제 2 금속(521a)의 상대적인 위치는 이들의 조성비나 형성조건에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
또한 면심입방 격자구조의 단일의 박형금속 또는 박형금속 합금의 충진율은 예를 들어 74%이다.
따라서, 제 2 기판(360)이 체심입방 격자구조를 가지는 박형금속 또는 박형금속 합금으로 이루어질 경우 32%의 공극이 형성되고, 면심입방 격자구조를 가지는 박형금속 또는 박형금속 합금으로 이루어질 경우 26%의 공극이 형성되므로, 패시베이션층(340)이나 평탄화층(329)가 증착되는 과정에서 생겨난 잔류 수소가 제 2 기판(360) 내로 확산될 수 있고, 박형금속의 내부에 고착되어 고용체를 형성하거나 수소화물을 형성하여, 유기전계발광소자(300) 내부의 잔류 수소를 저장하게 된다.
도 6은 소자 공정 중 발생한 잔류 수소가 격자구조를 형성하는 박형금속 또는 박형금속 합금 내부로 흡수되는 메커니즘을 상세하게 설명한다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 산화물 박막 트랜지스터(320)의 액티브층(325) 산화물을 환원시켜 소자 특성에 변화를 주는 것은 잔류 수소(630)이다.
즉, 가스는 플라즈마 상태가 되면 다양한 형태로 분해되어 소자 내에 잔류하게 될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 화학기상증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD)과 같이 수소화실리콘(SiH4)과 아민(NH3) 가스의 플라즈마를 이용하는 증착 공정 중에, 상온처럼 저온에서도 단원자 또는 이온상태로 고체 내부를 쉽게 이동할 수 있는 확산성 수소(Diffusible Hydrogen)와 다른 원자와 결합하여 분자상으로 변한 비확산성 수소가 발생된다.
일반적인 유기전계발광소자(300)의 경우 잔류 수소가 발생하면, 고체 내부를 자유롭게 이동하게 된다. 특히 통상의 글래스 기판을 사용하는 경우에는, 잔류 수소(630)가 양 글래스 기판 사이에 갇히게 됨으로써, 이 중 일부가 산화물 박막 트랜지스터(320)의 액티브층(325)에 도달할 수 있다.
특히 평탄화층(329)이나 패시베이션층(340)으로 성막되는 질화실리콘(SiNx), SiON 등이 플라즈마 화학기상증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD)되는 경우, 많은 양의 수소 및 불순물들이 발생한다. 특히 유기전계발광소자(300)의 경우 유기층(330)의 열적 손상 문제로 인하여 공정 온도가 100℃ 이내로 제한되기 때문에, 잔류 수소(630)의 양이 늘어날 수밖에 없다.
화학식 1을 참조하여 설명하면, SiH4 와 NH3의 혼합 가스를 이용하여 플라즈마화학기상증착 공정으로 질화실리콘을 증착하여 패시베이션층(340)을 형성하면, 패시베이션층(340) 또는 다른 층 중에 약 15 ~ 40% 가량의 잔류 수소(H2 , 630)가 발생된다.
[화학식 1]
SiH4 + 2NH3 → SiN2 + 5H2
도 7a는 일반적인 유기전계발광소자 내부의 잔류 수소가 산화물 박막 트랜지스터로 확산되어 산화물 박막 트랜지스터의 문턱 전압을 시프트시키는 단면도이고, 도 7b는 도 3의 다른 실시예에 따른 유기전계발광소자 내부의 잔류 수소가 제 2 기판으로 확산되는 것을 나타내는 단면도이다.
도 7a를 참조하면, 제 2 기판(360)이 글래스 기판인 경우이고, 증착 공정에서 발생된 잔류 수소(630)는, 수소 분자 상태인 비확산성 수소(710)와 원자 상태로 해리된 확산성 수소(720)로 이루어진다. 패시베이션층(340)과 접착층(350)의 증착 공정에서 발생되어 소자 내부에 잔류된 확산성 수소(720)는 제 1 기판(310) 또는 제 2 기판(360)(특히 제 2 기판)에서 흡수하지 못하므로, 제 1 기판(310)과 제 2 기판(360) 사이에서 자유롭게 확산될 수 있다. 따라서 확산성 수소(720)의 일부가 산화물 박막 트랜지스터(320)로 확산되어, 산화물 박막 트랜지스터(320)의 액티브층(325)를 구성하는 산화물을 환원시킬 수 있다.
이러한 액티브층(325)의 환원은 결국 산화물 박막 트랜지스터(320)의 전기적 거동의 변화를 일으켜 문턱전압 시프트(threshold voltage shift)를 야기한다. 문턱전압 시프트의 정도가 표시패널의 회로 보상 범위를 벗어나게 된다면, 화면에 영향을 주어 얼룩을 발생시키거나, 휘도 편차가 발생될 수 있다.
도 7b를 참조하면, 제 2 기판(360)이 박형금속 또는 박형금속 합금로 이루어진 다른 실시예에 따른 유기전계발광소자(300)는 평탄화층(329)이나 패시베이션층(340) 등의 적층 구조에 존재하는 확산성 수소(720)가 접착층(350)을 통해 확산되어 제 2 기판(360)의 표면에 도달하면, 확산성 수소(720)이 제 2 기판(360)에 흡수되어, 침입형 고용체나 수소화물(Metal Hydride)을 형성함으로써, 산화물 박막 트랜지스터(320)의 환원이 방지될 수 있다.
예를 들어, 상온에서 박형금속 중 하나인 Fe 내의 잔류 수소(630)의 확산 속도는, 예를 들어 1×10-4cm2/sec 로, 탄소나 질소 내에서의 수소 확산 속도, 예를 들어1×10-16cm2/sec에 비해서 대단히 빠르다. 이는 고분자 재료 내에서는 고분자의 구조에 의한 자유부피(Free Volume)의 존재로 인해, 수소 확산 속도가 빠른데, 일반적인 고분자 재료 내에서의 수소 확산 속도인1×10-4cm2/sec보다도 더욱 빠른 것을 알 수 있다. 따라서 제 2 기판(360) 내에서의 잔류 수소(630)의 확산 속도가, 고분자 재료로 이루어진 접착층(350)에 비해 상대적으로 빠르기 때문에, 잔류 수소(630)가 제 2 기판(360)을 구성하는 박형금속 또는 박형금속 합금의 격자틈새(620)로 확산될 수 있다.
화학식 2를 참조하면, 제 2 기판(360)을 구성하는 박형금속 또는 박형금속 합금(610)이 확산되어 제 2 기판(360)의 표면에 도달한 수소분자나 수소원자와 화학반응을 통해 수소화물을 형성함을 알 수 있다.
[화학식 2]
2Me + xH2 → 2MeHx
(Me: 박형금속 또는 박형금속 합금)
예를 들어 박형금속 합금에 포함되는 수소흡수금속, 예를 들어 Ba, Ca, Cu, Fe, Hf, La, Mg, Nb, Ni, Pd, Pt, Se, Sr, Ta, Ti, V, Zr 중 Ca, Nb, Pd, Se, Sr, Ta, Ti(특히 β?i), V은 잔류 수소와 수소화물을 형성한다.
비확산성 수소(710) 또한 물리적 흡착, 화학적 흡착을 통해 박형금속 또는 박형금속 합금으로 이루어진 제 2 기판(360)에서 침입형 고용체를 형성할 수 있다. 예를 들어 Fe-Ti, La-Ti, Mg-Ni 등의 박막금속 합금의 경우, 확산성 수소가 아닌 분자 형태라 하더라도, 반데르 발스(Van Der Vaals) 인력에 의해 박형금속 또는 박형금속 합금(610) 표면에 물리흡착(physisoprtion)되면(도 6의 (b) 및 화학식 3참조), 수소 원자로의 해리 과정을 거쳐 화학흡착(chemisorptions)이 되고(도 6의 (c) 및 화학식 4 참조), 체심입방 격자구조 또는 면심입방 격자구조에 기인한 격자틈새(620)로 확산되어 침입형 고용체가 형성될 수 있다(도 6의 (d) 참조).
[화학식 3]
2Me + H2 → 2MeHads
[화학식 4]
MeHads→ MeHabs
이와 같은 원리에 따라, 유기전계발광소자(300) 내부의 잔류 수소(630)가 효과적으로 박형금속 또는 박형금속 합금으로 이루어진 제 2 기판(360)에 흡수, 저장되어, 잔류 수소(630)로 인한 산화물 박막 트랜지스터(320)의 기능 저하의 문제가 방지될 수 있다.
정리하면, 제 2 기판(360)이 박형금속 또는 박형금속 합금으로 형성되는 경우, 유기전계발광소자(300) 내부의 잔류 수소(630)가 효과적으로 제 2 기판(360)에 확산 및 흡수되어, 전술한 산화물 박막 트랜지스터(320)의 산화물의 환원이 방지되므로, 유기전계발광소자(300)의 불량이 방지될 수 있고, 저비용 고효율 생산이 가능할 수 있다. 또한 현재까지 산화물 박막 트랜지스터(320)에서 제약이 되었던 불안정성을 감소시킬 수 있어, 응용 범위가 증대될 수 있다.
이상에서 다른 실시예에 따른 유기전계발광소자(300)를 설명하였고, 이하에서 또다른 실시예들에 따른 유기전계발광소자의 제조 공정에 대해 설명한다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 유기전계발광소자의 제조방법의 흐름도이다.
도 3 및 도 8을 참조하면, 또다른 실시예에 유기전계발광소자의 제조방법(800)은, 화소 영역이 정의된 제 1 기판(310)을 준비하는 단계(S810), 제 1 기판(310) 상에 산화물 박막 트랜지스터(320)를 형성하는 단계(S820), 제 1 기판(310)의 화소 영역에 대응되도록 산화물 박막 트랜지스터(320) 상에 유기발광다이오드(330)를 형성하는 단계(S830), 유기발광다이오드(330) 상에 패시베이션층(passivation layer, 340)을 형성하는 단계(S840), 패시베이션층(340) 상에 접착층(350)을 형성하는 단계(S850) 및 접착층(350) 상에, 박형금속 또는 수소흡수금속(Hydrogen Capturing Metal)을 포함하는 박형금속 합금으로 이루어진 제 2 기판(360)을 형성하는 단계(S860)를 포함한다.
우선 화소 영역이 정의된 제 1 기판(310)을 준비한다(S810). 이 단계(S810)에서 제 1 기판(310)의 표면 개선을 위해 플라즈마 처리(plasma treatment)가 수반되는 세정 단계를 포함할 수 있다.
이후 제 1 기판(310) 상에 산화물 박막 트랜지스터(320)을 형성한다(S820). 이 단계(S820)에서 화소가 정의되는 제 1 기판(310) 상에는 산화물을 포함하는 산화물 박막 트랜지스터(320)가 형성된다.
이 단계(S820)에서 예를 들어 포토리쏘그래피(photolithography) 방식으로 게이트 전극(321)를 형성하고, 기판(310) 상에 게이트 전극(321)을 덮도록 게이트 절연막(323)을 증착할 수 있다. 이후 게이트 절연막(323) 상에 액티브층(325)을 증착한다. 액티브층(325) 상에는 에칭 공정시 산화물이 영향을 받는 것을 방지하기 위하여 에치 스토퍼(etch stopper, 326)이 형성될 수 있으나 에칭 용액에 따라 생략될 수 있다.
이어서 포토리쏘그래피 방식으로 이중 단차를 갖도록 소스/드레인전극(327)을 형성하고, 게이트 절연막(323) 상에 소스/드레인전극(327)과 액티브층(325)의 노출된 부분을 덮도록 평탄화층(329)을 형성한다. 이후 평탄화층(329)을 패터닝하여 소스/드레인전극(327)을 노출시키는 비아홀(328)을 형성한다.
평탄화층(329)은 SiON, 질화실리콘(SiNx), 산화실리콘(SiOx), 산화알루미늄(AlOx)와 같은 수소함유 무기막일 수 있다. 평탄화층(329)은 화학기상증착, 물리기상증착, 플라즈마 화학기상증착 등의 공정으로 형성될 수 있다.
이 실시예에서 산화물 박막 트랜지스터(320)는 바텀게이트(bottom gate) 방식을 예로써 도시하였으나, 탑게이트(top gate) 방식일 수도 있다.
다음으로, 이러한 산화물 박막 트랜지스터(320) 상에는 유기발광다이오드(330)를 형성한다(S830). 유기발광다이오드는 비아홀(328)을 통해 산화물 박막 트랜지스터(320)의 소스/드레인전극(327)과 전기적으로 접촉하는 제 1 전극(331), 제 1 전극 상에 형성되는 유기발광층을 포함하는 유기층(335), 유기층(335) 상에 형성되는 제 2 전극(337)을 포함한다. 원활한 엑시톤(exciton) 형성을 위해서 유기층(335)은, 정공주입층, 정공수송층, 유기발광층, 전자수송층, 전자주입층 등을 포함할 수 있다.
이 단계(830)에서 발광 영역을 정의하기 위해 비발광 영역의 제1전극 상에 무기절연물질 또는 유기절연물질, 이들의 조합으로 이루어진 뱅크(333)가 형성된다.
유기층(335)은 화학기상증착, 물리기상증착, 용액 공정 등의 방법으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 유기발광층은, 미세형상 금속마스크(Fine Metal Mask, FMM)를 이용하여 RGB 발광 물질을 증착하거나, LITI(Laser Induced Thermal Imaging) 방법이 사용될 수 있다. 또한 백색 발광 물질을 전면 증착한 후, 이후 공정에서 칼라 필터(color filter)를 사용할 수도 있다.
이어서, 유기층(335) 상에는, 열증착 또는 이온 빔 증착을 통해, 제 2 전극(337)이 형성된다.
다음으로, 유기발광다이오드(330) 상에는 패시베이션층(340)을 형성한다(S840). 이 단계(S840)에서 화학기상증착, 물리기상증착, 플라즈마 화학기상증착 등의 공정으로 패시베이션층(340)을 형성할 수 있다. 패시베이션층(340)은 형성 과정에서 발생한 수소를 함유하는 수소함유 무기막으로 이루어질 수 있다.
다음으로, 패시베이션층(340) 상에는 접착층(350)을 형성한다(S850). 접착층(350)은 광 투과율이 우수한 투명성 접착 재료로 이루어질 수 있다.
다음으로, 접착층(350) 상에는 제 2 기판(360)을 형성한다(S860).
이 단계(S860)에서 접착층(350) 상에, 제 2 기판(860)은 박형금속(metal foil) 또는 박형금속을 기본으로 수소흡수금속(Hydrogen Capturing Metal)을 포함하는 박형금속 합금으로 이루어질 수 있다. 한편 제 2 기판(860)의 내측면에 박형금속(metal foil) 또는 상기 박형금속으로 기본으로 수소흡수금속(Hydrogen Capturing Metal)을 포함하는 박형금속 합금으로 이루어진 수소흡수층(Hydrogen Capturing Layer)을 포함할 수 있다.
접착층 형성 단계(S850)와 제 2 기판 형성단계(S860)는, 전면봉지구조로 이루어질 수 있다.
도 9a 내지 도 9d는 또다른 실시예에 따른 유기전계발광소자의 일 제조공정 단면도들이다.
우선 도 9a를 참조하면, 제 1 기판(310)이 준비되고, 제 1 기판(310)의 세정 단계를 거친 후, 산화물 박막 트랜지스터(320)가 형성된다. 제 1 기판(310) 세정 단계에서는 표면 개선을 위해 플라즈마 처리(plasma treatment)가 수반될 수 있다.
제 1 기판(310)은 소자를 형성하기 위한 재료로 기계적 강도나 치수 안정성이 우수한 것을 선택할 수 있다. 일실시예에 따른 유기전계발광소자(300)는 하부발광 방식이므로, 제 1 기판(310)은 글래스(Glass) 기판뿐만 아니라, PET(Polyethylen terephthalate), PEN(Polyethylen naphthalate), 폴리이미드(Polyimide) 등을 포함하는 플라스틱 기판 등일 수 있다.
한편, 제 1 기판(310) 상에는 불순원소의 침투를 차단하기 위한 버퍼층(buffering layer)이 더 형성될 수 있다. 버퍼층은 예를 들어 질화실리콘 또는 산화실리콘의 단일층 또는 다수층으로 형성될 수 있다.
이러한 제 1 기판(310) 상에는 산화물 박막 트랜지스터(320)가 형성된다.
하부발광 방식의 산화물 박막 트랜지스터(320)는 절연물질로 이루어진 제 1 기판(310) 상에 알루미늄, 구리 등과 같이 전기적 저항이 작고 인장 응력(tensil stress)을 가지는 도전성 금속으로 이루어진 게이트 전극(321)이 형성된다.
게이트 전극(321)은 Al, Pt, Pd, Ag, Mg, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, Mo, Ti, W, Cu 중 적어도 하나 이상의 금속 또는 합금으로, 단일층 또는 다수층으로 형성될 수 있다.
또한, 제 1 기판(310) 상에 SiOx, SiNx, SiON, Al2O3, TiO2, Ta2O5, HfO2, ZrO2, BST, PZT와 같은 무기절연물질 또는 벤조사이클로부텐(BCB)과 아크릴(acryl)계 수지(resin)를 포함하는 유기절연물질, 또는 이들의 조합으로 이루어진 게이트 절연막(323)이 형성된다. 게이트 절연막(323) 상에 게이트 전극(321)이 중앙에 위치하도록 IGZO, ZTO(Zinc Tin Oxide), ZIO(Zinc Indium Oxide) 등 징크옥사이드계 산화물로 이루어진 액티브층(325)이 형성된다.
액티브층(325) 상에 소스/드레인 전극(327)이 형성되고, 소스/드레인전극(327)은 예를 들어 Al, Pt, Pd, Ag, Mg, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, Mo, Ti, W, Cu 중 어느 하나의 금속 또는 이들의 합금으로, 단일층 또는 다수층으로 형성될 수 있다. 특히 소스/드레인전극(327)은 크롬(Cr) 또는 탄탈륨(Ta) 등과 같은 고융점 금속으로 형성될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
이러한 산화물 박막 트랜지스터(320)의 형성 방법은, 우선 제 1 기판(310) 상에 알루미늄, 구리 등과 같은 도전성 금속을 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition) 방법이나, 스퍼터링(sputtering) 등의 물리기상증착(Physical Vapor Deposition) 방법으로 증착한 후 포토리쏘그래피(photolithography) 방법으로 패터닝하여 게이트 전극(321)를 형성한다.
그리고, 기판(310) 상에 게이트 전극(321)을 덮도록 산화실리콘 또는 질화실리콘을 화학기상증착 방법으로 증착하여 게이트 절연막(323)을 형성한다.
이후 게이트 절연막(323) 상에 불순물이 도핑되지 않은 IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), ZTO(Zinc Tin Oxide) 또는 ZIO(Zinc Indium Oxide) 등을 화학기상증착 등의 방법으로 순차적으로 증착하여 액티브층(325)을 형성한다.
이어서 크롬 또는 탄탈륨 등의 금속을 화학기상증착 등의 증착 방법과 포토리쏘그래피 방식으로 이중 단차를 갖도록 소스/드레인전극(327)을 형성한다.
다음 단계로서, 게이트 절연막(323) 상에 소스/드레인전극(327)과 액티브층(325)의 노출된 부분을 덮도록 수소함유 무기막, 예를 들어 산화실리콘 또는 질화실리콘을 증착하여 평탄화층(329)을 형성한다. 이 때, 소스/드레인전극(327)이 2중의 단차를 가지므로 평탄화층(329)의 스텝 커버리지(step coverage)가 저하되는 것이 방지된다.
이후 평탄화층(329)을 패터닝하여 드레인전극(327)을 노출시키는 비아홀(328)을 형성한다.
도 9b를 참조하면, 제 1 전극, 유기층 및 제 2 전극을 포함하는 유기발광다이오드(330)을 형성한다.
우선 제 1 전극(331)이 평탄화층(329) 상에 형성된다. 제 1 전극(331)은 각 화소영역별로 형성되는데, 비아홀(328)을 통해 드레인 전극(327)과 전기적으로 접촉되고, ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 재료로 패터닝 될 수 있다. 포토레지스트(photoresist)를 스핀 코팅한 후, 프리 베이킹(pre-baking), 노광, 현상, 포스트 베이킹(post-baking), 에칭(etching) 과정을 거쳐 포토레지스트를 벗겨내는, 포토리쏘그래피 과정을 통해 패터닝된다. 제 1 전극(331)은 정공(hole)을 발생시키는 양극(anode)이 될 수 있다.
이후 제 1 전극(331)의 엣지부에 형성되어 제 1 전극(331)의 일부분을 노출시키는 개구부가 형성된 뱅크(333)가 형성된다. 뱅크(333)는 각종 트랜지스터 및 각종 배선들이 형성되어 표면이 매끄럽지 못하고, 울퉁불퉁하게 단차가 형성된 표면 위에 유기막을 형성할 경우, 단차진 부분에서 유기물이 열화되는 것을 방지하기 위한 것이다. 즉, 산화물 박막 트랜지스터(320) 및 각종 배선들이 형성된 영역과, 평탄한 기판 위에 단순히 박막들만 적층되어 평탄한 발광 영역을 구분하기 위해 비발광 영역 위에 뱅크(333)가 형성된다.
노출된 제 1 전극(331)과 뱅크(333) 상에는 유기층(335)이 형성된다. 보다 구체적으로는 정공주입층(HIL), 정공수송층(HTL), 발광층(EL), 전자수송층(ETL), 전자주입층(HIL)이 순차적으로 적층된다. 정공과 전자가 발광층에서 만나 여기자(Exciton)을 형성하고, 여기자가 여기상태(excited state)에서 기저상태(ground state)로 떨어지면서 발광을 일으켜 화상을 표시하게 된다.
이러한 유기층(335)을 화학기상증착, 물리기상증착, 용액 공정 등의 방법으로 형성할 수 있다. 예를 들어, 유기발광층은, 미세형상 금속마스크(Fine Metal Mask, FMM)를 이용하여 RGB 발광 물질을 증착하거나, LITI(Laser Induced Thermal Imaging) 방법 또는 스핀 코팅(spin coating)등의 용액 공정이 수행될 수 있다. LITI 방식은 레이저 빔을 도너 필름(donor film) 위에서 선택적으로 조사하여, 방출되는 열에 의해 박막이 선택적으로 전사(transfer)되는 방식이다. 백색 발광소자를 사용하는 방식의 경우에는, 전면이 제 1 전극(331) 상에 형성되고, 칼라 필터가 증착 형성되는 방식에 의한다.
이어서, 유기층(335) 상에는 제 2 전극(337)이 형성된다. 제 2 전극(337)은 음극(cathode)일 수 있고, 비교적 일함수 값이 작은 전도성 물질로서 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 2 전극(337)은 금속일 수 있고 투명 음극으로서 제 1 금속, 예를 들어 Ag 등과 제 2 금속, 예를 들어 Mg 등이 일정 비율로 구성된 합금의 단일층 또는 이들의 다수층일 수도 있다.
이때, 제 2 전극(337)은 열이나 플라즈마에 의한 유기층(335)의 손상을 최소화하기 위하여 저온 증착에 의해 형성할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
도 9c를 참조하면, 유기발광다이오드(330) 상에 패시베이션층(340)을 형성한다.
패시베이션층(340)은 유기발광다이오드(330)를 수분과 불순물로부터 1차적으로 보호하는 역할을 한다. SiON, 질화실리콘(SiNx), 산화실리콘(SiOx), 산화알루미늄(AlOx)으로 화학기상증착, 물리기상증착, 플라즈마 화학기상증착 등의 공정을 통해 패시베이션층(340)을 형성한다. 이 과정에서 잔류 수소(630)가 발생하게 된다.
패시베이션층(340)은, 증착 공정시에 발생하는 수소를 함유하는, 수소함유 무기막(예를 들어 SiON, 질화실리콘(SiNx), 산화실리콘(SiOx), 산화알루미늄(AlOx))으로서, 0.5μm 에서 1.0μm 의 상대적으로 두꺼운 두께를 갖도록 단일층으로 형성되나, 이에 한정되지 않고 다수층으로 형성될 수 있다.
화학식 1을 참조하여 설명한 바와 같이 SiH4 와 NH3의 혼합 가스를 이용하여 플라즈마화학기상증착 공정으로 질화실리콘을 증착하여 패시베이션층(340)을 형성할 수 있다.
이어서 도 9d를 참조하면, 패시베이션층(340)이 형성된 이후에는, 접착층(350)과 제 2 기판(360)을 형성하여 다른 실시예에 따른 유기전계발광소자(300)가 완성된다.
일실시예에 따른 봉지는 금속을 이용한 전면봉지 방식에 의해 수행될 수 있다. 즉, 패시베이션층(340) 상에 필름형 접착층(350)을 형성하고, 마지막으로 박형금속 또는 박형금속 합금으로 이루어진 제 2 기판(360)이 형성된다.
본 발명의 실시예들은 패시베이션층(340)을 증착하고, 제 2 기판(360)을 형성하는 하이브리드 봉지 방식에 의하지만, 접착 방식은 이에 한정되지 않고, 박형금속 또는 박형금속 합금으로 이루어진 제 2 기판(360)으로 소자를 덮고, 접착제(sealant)로 접착시키는 금속리드, 글래스리드 방식이나, 제 2 기판(360)과 기판으로 제 1 기판(210)을 글래스 분말을 포함하는 프릿(frit)을 경화시켜 봉지시키는 프릿실링 방식, 박막 증착에 의해 봉지하는 방식에 의할 수도 있다.
접착층(350) 상에 제 2 기판(360)을 형성하기 위해, 우선 제 2 기판(360)을 준비하고, 자외선을 활용한 UV 세정을 통해 제 2 기판(360) 상의 불순물을 제거한다. 제 2 기판(360)은 소자 내부의 확산성 수소(720) 및 비확산성 수소(710)가 저장될 수 있는 박형금속 또는 수소흡수금속을 포함하는 박형금속 합금으로 형성될 수 있다.
세정 단계를 거치면, 접착층(350)의 남아있는 가스 제거 과정을 거쳐, 접착층(350)과 제 2 기판(360)을 부착시켜 하이브리드 방식의 유기전계발광소자(300)가 완성된다.
이상에서 제 2 기판(260)이 박형금속 또는 박형금속 합금으로 이루어진 유기전계발광소자 및 그 제조방법의 실시예들을 도 3 내지 도 9d를 참조하여 설명하였으나, 이하에서 제 2 기판(260)의 내측면에 박형금속 또는 박형금속 합금으로 이루어진 수소흡수층(Hydrogen Capturing Layer)을 포함하는 유기전계발광소자 및 그 제조방법의 실시예들을 도 10 내지 도 11d를 참조하여 설명한다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 유기전계발광소자의 단면도이다.
도 10을 참조하면, 또 다른 실시예에 따른 유기전계발광소자(1000)은 화소 영역이 정의된 제 1 기판(1010) 상에 위치하는 산화물 박막 트랜지스터(1020), 제 1 기판(1010)의 화소 영역에 대응되고 산화물 박막 트랜지스터(1020) 상에 형성된 유기발광다이오드(1030), 유기발광다이오드(1030) 상에 형성된 패시베이션층(1040), 패시베이션층(1040) 상에 형성된 접착층(1050) 및 접착층(1050) 상에 형성되는 제 2 기판(1060)을 포함한다.
또 다른 실시예에 따른 유기전계발광소자(1000)에서 제1기판(1010), 게이트 전극(1021)과 게이트 절연막(1023), 액티브층(1025), 에치 스토퍼(1026), 소스/드레인 전극(1027)을 포함하는 산화물 박막 트랜지스터(1020), 제 1 전극(1023), 뱅크(1033)와 유기층(1035), 제 2 전극(1037)을 포함하는 유기발광다이오드(1030), 패시베이션층(1040), 접착층(1050)은 도 3을 참조하여 설명한 다른 실시예에 따른 유기전계발광소자(300)에서 제1기판(310), 게이트 전극(321)과 게이트 절연막(323), 액티브층(325), 에치 스토퍼(326), 소스/드레인 전극(327)을 포함하는 산화물 박막 트랜지스터(320), 제 1 전극(323), 뱅크(333)와 유기층(335), 제 2 전극(337)을 포함하는 유기발광다이오드(330), 패시베이션층(340), 접착층(350)과 실질적으로 동일하므로 자세한 설명은 생략한다. 이때 평탄화층(1029)도 도 3을 참조하여 설명한 다른 실시예에 따른 유기전계발광소자(300)에서 평탄화층(329)과 실질적으로 동일할 수 있다.
제 2 기판(1060)의 내측면에 전술한 박형금속 또는 박형금속 합금으로 이루어진 수소흡수층(Hydrogen Capturing Layer)을 포함하는 수소흡수층(1070)이 형성되어 있다.
이때 제 2 기판(1060)은 일반적인 유기전계발광소자와 마찬가지로 글래스 기판, PET(Polyethylen terephthalate), PEN(Polyethylen naphthalate), 폴리이미드(Polyimide)와 같은 플라스틱 기판, 일반적인 금속기판 및 도 3을 참조하여 설명한 다른 실시예에 따른 유기전계발광소자(300)에서 박형금속 또는 박형금속 합금으로 이루어진 금속기판일 수 있다.
수소흡수층(1070)은, 도 3을 참조하여 설명한 박형금속 또는 박형금속 합금으로 이루어진 제 2 기판(360)과 마찬가지로, 평탄화층(1029) 및 패시패이션층(1050)의 증착 공정에서 발생한 소자 내의 잔류 수소를 흡수, 저장함으로써, 산화물 박막 트랜지스터(1020)의 액티브층(1025)의 환원을 방지한다.도 11a 내지 도 11d는 또 다른 실시예에 따른 유기전계발광소자의 일 제조공정 단면도이다.
다른 실시예에 따른 유기전계발광소자의 제조방법은 화소 영역이 정의된 제 1 기판(1010)을 형성하는 단계, 제 1 기판(1010) 상에 산화물 박막 트랜지스터(1020)를 형성하는 단계, 제 1 기판(1010)의 화소 영역에 대응되도록 산화물 박막 트랜지스터(1020) 상에 유기발광다이오드(1030)를 형성하는 단계, 유기발광다이오드(1030) 상에 패시베이션층(1040)을 형성하는 단계, 제 2 기판(1060)의 일면에, 박형금속 또는 수소흡수금속을 포함하는 박형금속으로 이루어진 수소흡수층(1070)을 형성하는 단계, 수소흡수층(1070) 상에 접착층(1050)을 형성하는 단계 및 패시베이션층(1040) 상에 접착층(1050)을 합착시키는 단계를 포함할 수 있다.
먼저, 도 11a를 참조하면, 제 1 기판(1010), 산화물 박막 트랜지스터(1020), 유기발광다이오드(1030) 및 패시베이션층(1040)을 순차적으로 형성한다.
이후, 도 11b와 도 11c를 참조하면, 접착층(1050), 수소흡수층(1070), 제 2 기판(1060)을 순차적으로 형성한다. 다시 말해서, 제 2 기판(1060)의 일면에 수소흡수층(1070)을 형성하고, 수소흡수층(1070) 상에 접착층(1050)을 형성한다.
또한 라미네이션(lamination), 화학기상증착, 물리기상증착 등의 방법으로 제 2 기판(1060)의 일면에 수소흡수층(1070)을 형성할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도 11d를 참조하면, 접착층(1040)을 패시베이션층(1040) 상에 부착시키는 단계를 거쳐 유기전계발광소자(1000)가 완성된다. 접착층(1040)은 필름 타입의 접착제가 전면봉지되는 방식으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또 다른 실시예에 따른 유기전계발광소자(1000)의 봉지구조는, 패시베이션층(1040)과 제 2 기판(1060)이 형성된 하이브리드 구조일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
수소흡수층(1070)을 코팅하는 방법 이외에도, 패시베이션층(1040)이나 접착층(1050)에, 박형금속 또는 박형금속 합금으로 이루어진 비드(bid)가 산포되어, 잔류 수소(630)를 제거할 수도 있다.
한편, 도 11a 내지 도 11d를 참조하여 또 다른 실시예에 따른 유기전계발광소자의 제조방법에서, 제 2 기판(1060)의 일면에, 박형금속 또는 수소흡수금속을 포함하는 박형금속으로 이루어진 수소흡수층(1070)을 형성하는 단계, 수소흡수층(1070) 상에 접착층(1050)을 형성하는 단계 및 패시베이션층(1040) 상에 접착층(1050)을 합착시키는 단계를 포함하는 것으로 설명하였으나 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 예를 들어 또 다른 실시예에 따른 유기전계발광소자의 제조방법은 패시베이션층(1040) 상에 접착층(1050)을 형성하는 단계 및 접착층(1050) 상에, 내측면에 박형금속(metal foil) 또는 박형금속으로 기본으로 수소흡수금속(Hydrogen Capturing Metal)을 포함하는 박형금속 합금으로 이루어진 수소흡수층(Hydrogen Capturing Layer)을 포함하는 제 2 기판을 형성하는 단계를 포함할 수도 있다.
이상에서 제 2 기판(1060)의 내측면에 박형금속 또는 박형금속 합금으로 이루어진 수소흡수층(Hydrogen Capturing Layer)을 포함하는 유기전계발광소자 및 그 제조방법의 실시예들을 도 10 내지 도 11d를 참조하여 설명하였으나, 이하에서 제 1 기판이 박형금속 또는 박형금속 합금으로 이루어지거나 제 1 기판의 내측면에 박형금속 또는 박형금속 합금으로 이루어진 수소흡수층을 포함하는 유기전계발광소자 및 그 제조방법의 실시예들을 도 12를 참조하여 설명한다.
도 12는 또 다른 실시예에 따른 유기전계발광소자의 개략적인 단면도이다.
도 12를 참조하면, 또 다른 실시예에 따른 유기전계발광소자(1200)는 화소 영역이 정의된 제 1 기판(1210) 상에 위치하는 산화물 박막 트랜지스터(1220), 산화물 박막 트랜지스터(1220) 상에 형성된 유기발광다이오드(1230), 유기발광다이오드(1230) 상에 형성된 패시베이션층(1240), 패시베이션층(1240) 상에 형성된 접착층(1250) 및 접착층(1250) 상에 형성된 제 2 기판(1260)을 포함한다.
제 1 기판(1210)은 내측면에 박형금속 또는 박형금속으로 기본으로 수소흡수금속을 포함하는 박형금속 합금으로 이루어진 수소흡수층(Hydrogen Capturing Layer)이 형성되어 있다. 제 1 기판(1210) 상에 수소흡수층(1220)이 형성되는데, 이는 상부발광 방식의 유기전계발광소자(1200)를 구현하기 위한 것이다.
제 1 기판(1210)은 글래스(Glass) 기판뿐만 아니라, PET(Polyethylen terephthalate), PEN(Polyethylen naphthalate), 폴리이미드(Polyimide)와 같은 플라스틱 기판 및 도 3을 참조하여 설명한 다른 실시예에 따른 유기전계발광소자(300)에서 박형금속 또는 박형금속 합금으로 이루어진 금속기판일 수 있다.수소흡수층(1220)은 라미네이션(lamination) 또는 화학기상증착법, 물리기상증착법 등에 의해 코팅될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
한편, 상부발광 방식의 유기전계발광소자(1200)의 경우, 도시하지 않았지만, 제 1 기판(1210)이 수소흡수금속을 포함하는 박형금속 또는 박형금속 합금으로 형성될 수 있다. 이때, 수소흡수층(1220)은 형성되지 않을 수도 있다.
도 13은 박형금속(예를 들어 Fe)를 기본으로 수소흡수금속이며 수소분해금속(예 Ni)를 포함하는 박형금속 합금으로 이루어진 제 2 기판을 포함하는 도 3에 도시한 유기전계발광소자를 제작한 경우 제 2 기판 내부의 수소함량 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3 및 도 13을 참조하면, 박형금속(예를 들어 Fe)를 기본으로 수소흡수금속이며 수소분해금속(예 Ni)를 포함하는 박형금속 합금으로 이루어진 제 2 기판(360)을 포함하는 도 3에 도시한 유기전계발광소자(300)를 제작하였다.
제 2 기판(360)이 유기전계발광소자(300)에 부착되기 전(#1)에는 제 2 기판(360)의 수소함량이 2.8ppm이었으나, 열경화성 접착제로 접착층(350)을 형성하고 경화공정(100℃, 3시간)을 거치면서(#2) 수소함량이 5.1ppm으로 증가된다. 이후 가속 시험(85℃, 1000시간)이 진행된 후에는(#3) 수소함량이 더 높아져서 5.8ppm이었다.
제 2 기판(360) 내의 수소함량이 증가되는 것은, 유기전계발광소자(300) 내부의 잔류 수소(630)가 제 2 기판(360)에 흡수되어, 침입형 고용체 또는 수소화물이 형성되었음을 나타낸다.
한편, 일반적인 글래스 기판이 제 2 기판(360)으로 사용되는 것을 제외하고 도 3에 도시한 유기전계발광소자를 제작하였다. 패시베이션층(340)의 두께가 0.5μm 이며, 85에서 850 시간이 경과 했을 때의 유기전계발광소자의 곳곳에 흰색의 휘점 관찰된다. 휘점은 잔류 수소가 산화물 박막 트랜지스터(320)의 액티브층(325)의 산화물을 환원시켜서, 산화물 박막 트랜지스터(320)에 불량(defect)이 생김으로써 발생된 것이다.
전술한 바와 같이 박형금속(예를 들어 Fe)를 기본으로 수소흡수금속이며 수소분해금속(예 Ni)를 포함하는 박형금속 합금으로 이루어진 제 2 기판(360)을 포함하는 도 3에 도시한 유기전계발광소자(300)을 제작한 경우, 패시베이션층(340)의 두께가 0.5μm 이며, 85에서 1000 시간이 경과 했을 때, 1000시간이 경과했음에도 유기전계발광소자에는 휘점이 관찰되지 않는다. 동일하게 제 2 기판으로 글래스 기판 상에 박형금속(예를 들어 Fe)를 기본으로 수소흡수금속이며 수소분해금속(예 Ni)를 포함하는 박형금속 합금으로 이루어진 수소흡수층을 형성한 도 10에 도시한 유기전계발광소자(1000)을 제작한 경우나, 제 1 기판으로 글래스 기판 상에 박형금속(예를 들어 Fe)를 기본으로 수소흡수금속이며 수소분해금속(예 Ni)를 포함하는 박형금속 합금으로 이루어진 수소흡수층을 형성한 도 12에 도시한 유기전계발광소자(1200)을 제작한 경우도 일정한 시간이 경과했음에도 유기전계발광소자에는 휘점이 관찰되지 않는다.
이는 제 2 기판 또는 제 1 기판 상에 형성된 수소흡수층이 확산성 수소 및 비확산성 수소를 흡수 저장함으로 인하여, 산화물 박막 트랜지스터의 불량이 방지되었기 때문이다.
이와 같이 전술한 본 발명의 실시예들에 의하면, 제 1 기판 또는 제 2 기판을, 수소흡수금속을 포함하는 박형금속 또는 박형금속 합금으로 형성하거나, 제 1 기판 또는 제 2 기판의 내측면을 수소흡수층으로 코팅한 경우, 유기전계발광소자 내부에서 발생하는 잔류 수소를 효과적으로 흡수하여, 잔류 수소가 발광층이나 산화물 박막 트랜지스터로 확산되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 산화물 박막 트랜지스터의 전기적 거동의 변화가 방지되고, 문턱전압 시프트가 발생하지 않아, 유기전계발광 표시장치의 신뢰성 및 품질이 향상되는 효과가 있다.
이상 도면을 참조하여 실시예들을 설명하였으나 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
310: 제 1 기판 320: 산화물 트랜지스터
321: 게이트전극 323: 게이트 절연막
325: 액티브층 326: 에치 스토퍼
327: 소스/드레인 전극 328: 비아홀
329: 평탄화층 330: 유기발광다이오드
331: 제 1 전극 333: 뱅크
335: 유기층 337: 제 2 전극
340: 패시베이션층 350: 접착층
360: 제 2 기판

Claims (13)

  1. 화소 영역이 정의된 제 1 기판 상에 위치하는 산화물 박막 트랜지스터(Oxide Thin Film Transistor);
    상기 제 1 기판의 화소 영역에 대응되고, 상기 산화물 박막 트랜지스터 상에 형성된 유기발광다이오드;
    상기 유기발광다이오드 상에 형성된 패시베이션층(passivation layer);
    상기 패시베이션층 상에 형성된 접착층; 및
    상기 접착층 상에 형성되는 제 2 기판을 포함하고,
    상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판 중 하나 이상은, 박형금속(metal foil) 또는 상기 박형금속을 기본으로 수소흡수금속(Hydrogen Capturing Metal)을 포함하는 박형금속 합금으로 이루어지거나, 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판 중 하나 이상의 내측면에 상기 박형금속 또는 상기 박형금속으로 기본으로 수소흡수금속(Hydrogen Capturing Metal)을 포함하는 박형금속 합금으로 이루어진 수소흡수층(Hydrogen Capturing Layer)을 포함하는 유기전계발광소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 패시베이션층은 형성 과정에서 발생한 수소를 함유하는 수소함유 무기막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 수소흡수금속은 상기 패시베이션층의 형성 과정에서 발생된 수소 분자를 해리시켜서 침입형 고용체나 수소화물을 형성시키는 능력이 높은 수소분해금속인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 박형금속 또는 박형금속 합금은 상기 패시베이션층의 형성 과정에서 발생된 수소를 흡수하는 격자 틈새를 갖는 면심입방 격자구조 또는 체심입방 격자구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 박형금속 또는 박형금속 합금은 상기 패시베이션층의 형성 과정에서 발생된 수소 분자를 수소 원자로 해리시켜 형성된 침입형 고용체나 수소화물인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 기판은 상기 제 1 기판과 동일한 열팽창 계수를 가지는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  7. 화소 영역이 정의된 제 1 기판 상에 산화물 박막 트랜지스터(Oxide Thin Film Transistor)를 형성하는 단계;
    상기 제 1 기판의 화소 영역에 대응되도록 상기 산화물 박막 트랜지스터 상에 유기발광다이오드를 형성하는 단계;
    상기 유기발광다이오드 상에 패시베이션층(Passivation Layer)을 형성하는 단계;
    상기 패시베이션층 상에 접착층을 형성하는 단계; 및
    상기 접착층 상에, 박형금속(metal foil) 또는 상기 박형금속을 기본으로 수소흡수금속(Hydrogen Capturing Metal)을 포함하는 박형금속 합금으로 이루어지거나, 내측면에 박형금속(metal foil) 또는 상기 박형금속으로 기본으로 수소흡수금속(Hydrogen Capturing Metal)을 포함하는 박형금속 합금으로 이루어진 수소흡수층(Hydrogen Capturing Layer)을 포함하는 제 2 기판을 형성하는 단계를 포함하는 유기전계발광소자의 제조방법.
  8. 박형금속(metal foil) 또는 상기 박형금속을 기본으로 수소흡수금속(Hydrogen Capturing Metal)을 포함하는 박형금속 합금으로 이루어지거나 내측면에 박형금속(metal foil) 또는 상기 박형금속으로 기본으로 수소흡수금속(Hydrogen Capturing Metal)을 포함하는 박형금속 합금으로 이루어진 수소흡수층(Hydrogen Capturing Layer)을 포함하는, 화소 영역이 정의된 제 1 기판을 준비하는 단계;
    상기 제 1 기판 상에 산화물 박막 트랜지스터(Oxide Thin Film Transistor)를 형성하는 단계;
    상기 제 1 기판의 화소 영역에 대응되도록 상기 산화물 박막 트랜지스터 상에 유기발광다이오드를 형성하는 단계;
    상기 유기발광다이오드 상에 패시베이션층(Passivation Layer)을 형성하는 단계;
    상기 패시베이션층 상에 접착층을 형성하는 단계; 및
    상기 접착층 상에, 제 2 기판을 형성하는 단계를 포함하는 유기전계발광소자의 제조방법.
  9. 화소 영역이 정의된 제 1 기판 상에 산화물 박막 트랜지스터(Oxide Thin Film Transistor)를 형성하는 단계;
    상기 제 1 기판의 화소 영역에 대응되도록 상기 산화물 박막 트랜지스터 상에 유기발광다이오드를 형성하는 단계;
    상기 유기발광다이오드 상에 패시베이션층(Passivation Layer)을 형성하는 단계;
    상기 패시베이션층 상에 접착층을 형성하는 단계; 및
    제 2 기판의 일면에, 수소흡수금속을 포함하는 박형금속 또는 박형금속 합금으로 이루어진 수소흡수층을 형성하는 단계;
    상기 수소흡수층 상에 접착층을 형성하는 단계; 및
    상기 패시베이션층 상에 상기 접착층을 합착시키는 단계를 포함하는 유기전계발광소자의 제조방법.
  10. 제 7항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패시베이션층은 형성 과정에서 발생한 수소를 함유하는 수소함유 무기막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
  11. 제 7항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수소흡수금속은 상기 패시베이션층의 형성 과정에서 발생된 수소 분자를 해리시켜서 침입형 고용체나 수소화물을 형성시키는 능력이 높은 수소분해금속인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
  12. 제 7항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 박형금속 또는 박형금속 합금은 상기 패시베이션층의 형성 과정에서 발생된 수소를 흡수하는 격자 틈새를 갖는 면심입방 격자구조 또는 체심입방 격자구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
  13. 제 7항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 박형금속 또는 박형금속 합금은 상기 패시베이션층의 형성 과정에서 발생된 수소 분자를 수소 원자로 해리시켜 형성된 침입형 고용체나 수소화물인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조방법.
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